中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

引力波的探测在最近几十年成为了科学界的研究热点。世界各国都相继开展了地面或是空间引力波探测器的建设。本文针对应用于空间引力波探测器的超稳摆镜机构，利用有限元仿真分析对摆镜机构的各项性能进行了深入研究，并通过实验研究了摆镜机构在地面环境中的稳定性。
首先，对摆镜机构进行了优化设计。通过在摆镜机构的各个部件上进行镂空或是减小尺寸来实现轻量化。同时，为了保证摆镜机构具有足够的强度和刚度，在关键的受力部位设计了肋板，并将框架设计为整体式结构。为机构的各个零部
件选择了合适的材料。优化设计后的摆镜机构的总质量为2.05kg，减重率达到67.6%。摆镜机构的总体尺寸也有所减小。优化设计后的摆镜机构的一阶固有频率为247.55Hz，可以满足设计指标要求。
随后，对摆镜机构在卫星发射过程中的动力学性能进行了仿真分析。根据空间项目的力学环境试验要求，对摆镜机构进行了谐响应分析、随机振动响应分析和加速度载荷响应分析。仿真分析的结果显示，摆镜机构可以承受发射环境中的载荷，结构不会发生塑性变形或者被破坏。
然后，对摆镜机构在热辐射作用下的稳定性进行了仿真分析。将反射镜镜面角度偏差算法与有限元仿真分析软件相结合，可以求解出时域中的反射镜镜面角度偏差值。再将反射镜的镜面角度偏差值转化为频域上的有效值谱密度函数
（ASD），便可以与设计指标要求进行比较。根据仿真分析的结果，当施加于温控箱内表面的温度载荷的变化幅值控制在0.1℃以内时，摆镜机构的稳定性可以
满足设计指标要求。
最后，在实验室中进行实验研究摆镜机构在地面环境中的稳定性。利用光电自准直仪测量摆镜机构的反射镜镜面角度偏差值。实验结果显示，地面环境中的噪声会对机构的稳定性造成很大的影响。